国海智峰专利报告系列 | 轻量化用钢专利导航分析报告

当前轻量化用钢的整体发展趋势是超高强度和提升板材成形性能。强度性能指标为抗拉强度和屈服强度。

抗拉强度反映了钢铁的断裂抗力，是金属在静拉伸条件下的最大承载能力，超过抗拉强度，金属会产生颈缩进而断裂；日系汽车一般按抗拉强度进行分类，将抗拉强度在340～780MPa范围内的钢定义为高强度钢，抗拉强度在780MPa 以上的钢定义为超高强度钢。

屈服强度反映抵抗变形的能力，为使材料发生塑性变形时的应力，超过了屈服强度，形状会发生永久的变化，无法满足钢铁应用的功能要求；国际钢铁协会按屈服强度进行分类，将屈服强度在210～550MPa 范围内的钢定义为高强度钢，屈服强度在550MPa 以上的钢定义为超高强度钢。

成形性能的主要指标为强塑积。强塑积是钢铁的抗拉强度与延伸率的乘积，表示了钢在拉伸试验过程中所吸收的能量。

因此，提高强度和韧性是当前轻量化用钢的发展趋势。

要提高轻量化用钢的强度和韧性，需要进行强化。按照金属的强化机理划分，高强度钢可以分为普通高强度钢和先进高强度钢。

普通高强度钢以固溶强化、析出强化和细化晶粒等为主要强化手段，主要包括高强度无间隙原子钢、各向同性钢、烘烤硬化钢、低合金高强度钢、含磷高强度钢、碳锰钢等。

先进高强度钢主要通过相变进行强化，组织中含有马氏体、贝氏体和残余奥氏体，具有较高的强塑积，具有更高的轻量化潜力，主要有双相钢、复相钢、相变诱发塑性钢、马氏体钢、孪晶诱发塑性钢、淬火配分钢、热冲压硼钢、中锰钢等。

固溶强化是指溶质原子以固溶形式溶入基体中，使合金发生强度、硬度提高的现象，其原因可归结于溶质原子和位错的交互作用。

通过对超低碳钢中添加相应的固溶强化元素，例如磷、锰、硅，便能够使强度得到一定程度提升，其中抗拉强度能够达到450 MPa。

烘烤硬化钢的金相组织基础主要为铁素体，通过进行固溶强化来实现强度的提升，其所表现的一个明显特征是所使用磷元素能够在钢冶炼期间和碳以及氮之间发生一定的固溶强化。在进行钢板冲压时，铁素体中的位错密度会得到相应的提升，与此同时碳以及氮原子朝向位错的扩散距离发生一定的缩短，在烘烤硬化钢车身进行受热过程中，固溶体中碳以及氮原子扩散也会因此拥有了足够的能量，碳以及氮原子便能够在位错位置进行析出，使钢铁具备的屈服强度得到很大程度的提高。

析出强化又称沉淀硬化，金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和（或）由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化的一种热处理工艺，在这个阶段，要析出来形成第二相的原子，倾向于成群地堆积，它们与母相保持连续的共格联系，就在这个时候发生了最大的应变，从而产生了最大的强化。

细化晶粒通过晶粒粒度的细化来提高金属的强度，晶粒的平均值越小，材料的屈服强度就越高，可通过增加过冷度、变质处理、振动与搅拌、控制退火温度等进行晶粒细化。

相变强化是指通过控制相变来强化材料的金属热处理方法。比如低碳钢在轧后随冷却条件的变化，有铁素体 珠光体、铁素体 贝氏体、马氏体等几种结构，钢的力学性能也随之有很大的变化，从而可以生产出不同强度等级的钢材品种，用于各种不同的作用。

本报告所涉及的轻量化用钢，特指包含“固溶、析出、细化、相变、轻质化、轻量化、强度、延展、塑性”关键词的钢铁产品。

一个产业的发展市场往往受到行业需求的影响，下面对轻量化用钢的主要应用领域进行分析：

轻量化用钢的应用集中在建筑、交通运输两大行业。

在建筑行业，随着建筑物高度和跨度的不断增加，建筑物对钢构件的承重能力提出了更高的要求，虽然可以通过增加钢构件的厚度提高其强度，但必然会增加对建筑物的自重，对建筑物基础的压力增大，因此，使用轻量化用钢一个很好的选择。

在交通运输行业，汽车是轻量化的重点行业，我国是世界上最大的汽车生产和使用国家，我国重视并正在整治包括汽车行业在内的污染行业，大力提倡节能减排理念。而轻量化是汽车节能减排的有效途径，技术障碍更小，车重每降低10%，油耗会减少6%～10%，而每升燃油会产生2.45 kg 的CO2。

检索与轻量化用钢相关的国内外专利数据，根据轻量化用钢专利数据分析轻量化技术的发展情况。

HimmPat。

截至2023年9月10日，以“钢、固溶、析出、细化、强化、相变、轻量化、轻质化”等关键词在HimmPat国内数据库中进行检索，得到轻量化用钢相关专利9155件，经过简单同族合并5808件。

△  图6.1 国内专利申请数量趋势

专利的申请量分析主要研究的是轻量化用钢的研发趋势，从申请数量看，有关轻量化用钢的专利申请主要从2004年开始，在之后的时间里持续增长，轻量化用钢技术主要经历了以下几个阶段：

（1）萌芽阶段，对应的时间段为2000年以前。萌芽阶段的专利申请量较少，年申请数量普遍在10件以下。

（2）慢速成长期，对应时间为2001年-2010年，这一阶段的专利年申请数量低速增长，由2001年申请量34件到2010年申请量126件，此阶段轻量化用钢技术的成长离不开市场、政策的双重推动。

此阶段为国民经济高速发展期，轻工业和装备制造业迅速崛起，机电产品出口快速增长，同时国家鼓励钢铁企业生产高强度钢材、推广高强度钢板和钢筋、鼓励轻量化车身材料，从而促进了钢铁产品品种创新和质量提高。

在钢铁产业，2005年，国家发展和改革委员会发布《钢铁产业发展政策》： “鼓励研究、开发和使用高性能、低成本、低消耗的新型材料，替代钢”、“鼓励钢铁企业生产高强度钢材和耐腐蚀钢材，提高钢材强度和使用寿命，降低钢材使用数量”；在建筑产业，《钢铁产业发展政策》指出：“通过推广Ⅲ级（400MPa）及以上级别热轧带肋钢筋、各类用途的高强度钢板、H型钢等钢材品种，降低钢材消耗”；在汽车产业，我国“十一五”汽车产业发展规划中提出，“扩大新材料和轻量化技术应用范围”，《产业结构调整指导目录(2007年本)》将“轻量化车身材料”列为鼓励项目，外方投资目录以及一些地方鼓励类产业目录也把轻量化汽车列入其中。

（3）高速增长期，对应的时间段为2011年-2022年，这一阶段的专利年申请数量持续稳定增长，专利数量增长速度加快，主要原因：

建筑是钢铁重要的下游行业，特别是房地产行业，直接消费量大，同时房地产行业景气程度变化也会影响工程机械、家电等用钢领域需求变化。其走势变化对于钢铁需求影响明显。在2013年、2016年、2018年，全国房屋新开工面积同比上升分别约为10%、10%、20%，刺激了钢铁产业的发展。

新能源车发展带来产品结构变化，相较于传统燃油车，新能源车更强调轻量化发展，汽车材料的选择发生了明显变化。先进高强钢、热冲压用钢、镀锌板及线材用量增加，棒材、不锈钢、软钢、传统高强钢等用量下降。相较于铝合金、镁合金等轻质材料，从成本角度来看钢铁具有优势，因此新能源车的用钢需求也带动了轻量化用钢的技术发展。

△  图6.2 中国专利申请类型

在已公开的轻量化用钢专利中，发明专利有4630件，占比94.14%；实用新型专利有45件，占比0.92%；无外观设计相关专利。

从申请类型看，发明专利占比大于实用新型，原因在于轻量化用钢的研究方向主要集中在制造工艺、金相结构的形成等方面，主要申请发明专利。也有企业针对钢铁生产装置、钢铁产品的结构进行研究改进，故有少量的实用新型专利。

△  图6.3 中国专利有效性

△  图6.4 中国专利申请量Top10

通过申请人排行榜分析，可以明确哪些企业或科研院所在轻量化用钢的研究更为深入。

就目前的排名前十的申请人申请的轻量化用钢专利数量情况来看，行业内轻量化用钢的研究势头正盛，轻量化用钢处于钢铁行业的热门主题。

专利申请量前十的申请人可分为两个梯度，第一梯度是日本杰富意钢铁株式会社、宝山钢铁股份有限公司和新日本制铁株式会社，均为钢铁企业巨头，轻量化用钢专利申请量达到300件左右；第二梯度是北京科技大学、鞍钢股份有限公司、东北大学、韩国POSCO公司、首钢集团有限公司、钢铁研究总院有限公司、武钢集团有限公司，轻量化用钢专利申请量超过100件。

专利申请数量排在第一位的申请人为杰富意钢铁株式会社，共申请315件；其次是排在第二名的宝山钢铁股份有限公司，共申请309件；排在第三名的申请人是新日本制铁株式会社，申请轻量化用钢相关专利271件。

在轻量化用钢技术领域，上述的三家公司是主要的技术追踪对象以及技术学习对象。

同时，北京科技大学与东北大学是轻量化用钢专利申请最多的两家高校，在进行轻量化用钢技术领域的校企合作以及成果转化、人才招聘时时，上述高校可以作为优先考虑的对象。

国内各钢铁公司均在轻量化用钢领域开展大量研究，日本公司也通过PCT申请在中国进行专利布局。

△  图6.5 申请人年度申请量趋势图

由申请人年度申请量分析中我们可以看出专利申请人的专利申请趋势，进而分析其研发趋势。

我国各企业在轻量化用钢的专利申请起步较晚，从2011年才开始迈入高速增长期，但由于钢铁是国民经济的支柱产业，轻量化用钢又是提高钢铁质量、节能减排的重要途径，政策上重视钢铁行业发展，再加上我国是个钢铁大国，钢铁企业多，因此轻量化用钢的专利申请增长极快，经过不断发展，各企业的专利申请量都有长足的进步。

可以看到，各公司专利申请的总体趋势基本相同，只是不同公司的申请数量和步调不同，比如宝山钢铁股份有限公司在2011年的专利申请量巨幅增长，到2012年，杰富意钢铁株式会社、新日本制铁株式会社随即增加了专利申请量其他申请人在2011年前后的专利申请量均有小幅度增长。

近年来，日本杰富意钢铁株式会社、韩国POSCO的专利申请量增长显著，已经开始了在我国轻量化用钢市场的进一步布局。

△  图6.6 中国专利IPC技术构成

分析专利技术分布情况，可辅助企业掌握该技术的主要研发方向或者选择技术空白、薄弱的点进行技术攻关。

从IPC技术构成来看，轻量化用钢主要归属于C22C38铁基合金，其余研究方向主要是C21D8通过伴随有变形的热处理或变形后再进行热处理来改变物理性能、C21D9热处理的一般方法或设备，如退火、硬化、淬火或回火，以达到轻量化用钢的要求。

△  表6.1 中国专利技术领域及其申请情况

从专利数量上来看，除了C21D8方向，轻量化用钢的其他研究方向的专利数量较低，还可以深入挖掘。

为有效分析轻量化用钢的技术申报趋势，去除C22C38这一主要研发方向的影响，对剩余的主要申报方向进行IPC技术申报趋势分析。

△  图6.7 中国专利技术方向申报趋势

从图6.7中可以看出，在2009年开始，轻量化用钢的技术方向开始丰富，C21D8方向的专利申请最先开始增长，一直持续至今；其次是C21D1方向由2018年开始迅速发展，C21D6、C21D9方向则不够深入。

△  图6.8 申请人省市分布情况

由图可知，江苏、北京、上海为轻量化用钢相关专利申请大省，除此之外辽宁、河北、湖北等地也在轻量化用钢领域有较大的研发和投入，造成各省市专利申请数量差距的原因在于各地的钢铁公司数量不同、对专利的重视程度不同以及各地区政府的专利扶持政策的不同。

江苏省的轻量化用钢专利申请量居全国第一，但省内各申请人的申请量差距不大，呈现百花齐放的趋势。在江苏省轻量化用钢专利申请数量前列的申请人为江阴兴澄特种钢铁有限公司、南京钢铁股份有限公司、江苏省沙钢钢铁研究院有限公司，轻量化用钢申请量分别为100件、83件、50件。

北京市的轻量化用钢专利申请居全国第二，省内各申请人的申请量差距较大。北京科技大学、首钢集团有限公司、钢铁研究总院有限公司三足鼎立，与其他申请人拉开差距，轻量化用钢申请量分别为163件、129件、117件，北京轻量化用钢专利申请人第四名为中联先进钢铁材料技术有限责任公司，仅仅30件。

上海市的轻量化用钢专利申请居全国第三，省内各申请人的申请量差距极大。轻量化专利数量由宝山钢铁股份有限公司遥遥领先，轻量化用钢申请量为308件，而位居第二的上海大学仅仅40件。

辽宁、河北、湖北分别为鞍钢股份有限公司、河北钢铁建设集团有限责任公司、武钢集团有限公司三者的主要所在地，上述三个申请人在省内的申请量遥遥领先。

综上可知，江苏、北京、上海的省/市内的钢铁企业众多，钢铁企业实力相差较小，竞争压力大，由此促进了三省轻量化用钢领域的迅速发展，而辽宁、河北、湖北三省内均有钢铁公司独占鳌头，抢占市场，省内钢铁企业竞争压力不大，导致省内其他钢铁企业的发展不快，轻量化用钢技术创新活力不足，总体专利数量少。

△  图6.9 在华申请专利技术原创国

从上图中可以发现，日本等国家的一些企业在中国布局轻量化用钢专利，但在数量上远远低于中国本土的轻量化用钢专利。

结合图6.4中国专利申请量Top10、表6.1申请人年度申请量可知，日本在中国的主要申请人为杰富意钢铁株式会社、新日本制铁株式会社、神钢建设机械株式会社，韩国在中国的主要申请人为POSCO公司，且杰富意钢铁株式会社、新日本制铁株式会社在中国进行持续稳定的专利布局，在中国轻量化用钢技术发展初期的专利申请量远远领先于中国企业。但中国轻量化用钢经过20年的持续发展，专利申请量已经达到接近25000件，在轻量化用钢领域的技术创新已经得到了巨大进步。

我国的轻量化用钢技术起步相较于国外发达例如日本、韩国等国家较晚，近10年来专利申请数量迅速提高，开始进入爆发式增长阶段，轻量化用钢技术也越来越受到企业重视。

就目前的专利申请的申请人排名情况来看，我国的轻量化用钢专利多为本土企业申请，虽然有一些国外企业很早就开始在我国进行布局，但由于钢铁是我国的支柱产业，在我国政策鼓励、经济发展、市场需求量极大、碳中和目标紧迫的背景下，我国企业积极创新，加大研发投资，轻量化用钢申请量后来居上。

在国外数据库中进行检索，得到轻量化用钢相关专利26227件，经过简单同族合并9325件。

△  图7.1 国外专利申请趋势总图（1953-2023）

△  图7.2 国外专利申请趋势图（1953-2000）

△  图7.3 国外专利申请趋势图（2000-2023）

通过全球专利申请趋势，我们可以分析全球对轻量化用钢相关产品/技术的研发趋势。

轻量化用钢相关专利近半数处于有效状态，有2789件，占比48.02%；失效专利，有1957件，占比33.69%左右；审中状态专利有1062件，占比18.29%。若申请人没有提前公开的要求，发明专利申请的公布需要自申请日起满18个月，故可以看出，轻量化用钢仍然仍为热门方向，因此涌现大量相关专利申请，尚在审中状态。

由图可以看出其申请趋势如下：

（1）萌芽期

对应时间为1963年以前。1953年，瑞士的JOHN RHYNAS RAIT申请了一件通过沉淀硬化处理获得至少 6300 kg/cm2弹性极限的奥氏体钢，1953-1963年，年仅有零星专利申请，年申请量不足10 件。

（2）起步阶段

对应时间为1964年-1988年。申请量有所增加，但总体年申请量不足百件。

（3）快速增长期

对应时间为1989-2012年。此阶段每年的轻量化用钢申请加快，每年以50件左右递增，在1991年、1998年、2006年、2012年每年专利申请量增长超过100件。

（4）稳定发展期

对应时间为2013-2019年。此阶段每年的轻量化用钢申请量上下波动，总体保持稳定。

△  图7.4 国外专利公开区域排名

在全球范围的国家和地区，除中国大陆以外的轻量化用钢的专利申请中，日本拥有远超其它国家的最大的申请量，与排名第二的韩国远远拉开差距。

针对日本的经济进行分析：

上世纪90 年代初，日本经济经历了增速从1988 年的6.7%到1993 年-0.46%的下滑。经济衰退，钢铁面临宏观整体耗钢强度的下降，导致粗钢表观消费量下行；但期间符合材料转型升级方向的高强钢、不锈钢、结构需求稳步增长。总体来看，日本企业研发能力较强，企业众多开发出了包括轻量化用钢在内的需求转型升级方向的产品，占据了市场竞争的有利地位。

钢铁行业的发展与建筑、汽车行业息息相关，在建筑行业，日本建筑业投资从1987 年阶段性回升到高位之后，之后呈现下行态势，并于1993 年开始建筑业投资转为负增长，造成与建筑投资相关的棒材、线材、轨道、钢板桩、H 型钢、型钢的订单量持续下降，日本建筑业投资整体维持收缩局面，到2011年，各类建筑相关钢材需求企稳，在此期间，日本钢铁企业转型升级，开发轻量化用钢产品。

在汽车行业，20世纪六十年代开始，日本汽车工业快速崛起，经历了1990 年到1996 年的下降后，之后1997 年到2008 年呈现小幅回升态势。同期日本汽车行业加速海外布局，1999 年海外产量达到581.1 万吨，之后呈现快速上升态势，并在2007 年超过国内产量，而轻量化是此阶段的重要发展趋势，汽车行业的发展也带动着轻量化用钢的技术发展。

综上， 日本钢铁企业的发展较早，钢铁作为国民经济的基础材料，伴随着各种挑战和机遇。轻量化用钢技术是顺应着时代发展对钢材性能提出的新要求而发展，日本随着时间的积累，形成了全球性的技术领先地位。

△  图7.5 国外专利申请人排名

通过国外申请人排行榜分析，可以明确哪些国家的企业、科研院所或个人在轻量化用钢领域的研究更加深入。

在轻量化用钢领域，申请专利数量最多的为新日本制铁株式会社，申请专利数量第二的杰富意钢铁株式会社。第二梯度的公司专利申请数量相互之间差距不大，分别为：韩国POSCO公司、新日铁住金株式会社、神钢建设机械株式会社、川崎制铁株式会社。

日本企业轻量化用钢专利申请数量是除中国以外最高的，并且在外国申请总量中也占绝对优势。主要原因有两点：一是日本汽车产业发达，带动钢铁产业进步，使轻量化用钢专利申请量提高；二是日本钢铁企业众多，都注重创新研发，注重全球专利布局；三是日本的高质量钢铁在中国经济发展早期迅速占领了中国市场。

△  图7.6 国外专利IPC技术构成

分析专利技术分布情况，可辅助企业掌握该技术的主要研发方向或者选择技术空白、薄弱的点进行技术攻关。与国内专利申请相同，除了轻量化用钢本身的C22C38类，轻量化用钢国外专利主要集中在C21D8、C21D9上。这是该领域的研究重点和研究热点；另外与国内IPC技术构成不同，在C21D8方向的专利比例更大。

△  表7.1 国外专利技术领域及其申请情况

△  图7.7 全球公开局地域分析

对除我国专利的来源地域进行分析，发现来源于日本的专利申请遥遥领先，由此可见，日本不仅仅在我国的钢铁市场有着重要的影响力，更在全球的钢铁市场占有一席之地。

此外，韩国、欧洲、印度、美国的轻量化用钢的技术水平同样居于世界前列，但相比日本，仍有很大的发展潜力。

本次重点分析轻量化用钢专利申请数量靠前，以及迄今为止仍在轻量化用钢领域持续有专利产出的申请人：宝山钢铁股份有限公司、北京科技大学。

宝山钢铁股份有限公司是中国最大、最现代化的钢铁联合企业。公司专业生产高技术含量、高附加值的钢铁产品。在汽车用钢，造船用钢，油、气开采和输送用钢，家电用钢，电工器材用钢，锅炉和压力容器用钢，食品、饮料等包装用钢，金属制品用钢以及高等级建筑用钢等领域，宝钢股份在成为中国市场主要钢材供应商的同时，产品出口日本、韩国、欧美四十多个国家和地区。

宝钢的主要产品包括碳钢系列、不锈钢系列、特钢系列。其中碳钢系列包括条钢产品、宽厚板产品、热轧产品、热轧酸洗产品、冷轧产品、线材产品、钢管厂品等；不锈钢系列包括不锈钢产品 ，不锈钢产品具有环保、并能重复加以利用的特点。宝钢不锈钢产品侧重具有高技术含量、高附加值，包括不锈钢热轧钢带、冷轧钢带，中厚板，品种主要以生产奥氏体、铁素体、马氏体为主，同时生产双相钢、超低碳、氮等不锈钢产品。

△  图8.1 宝山钢铁股份有限公司专利申请趋势

从申请趋势图中可以发现，宝山钢铁股份有限公司自2005年开始在轻量化用钢领域的年申请专利数量开始增加，可以分为两个发展期。

（1）一次发展期：2005-2012年，宝山钢铁股份有限公司的年专利申请数量逐年增加，到2008年申请量27件，到2013年突然下降。

（2）二次发展期：2013-2021年，宝山钢铁股份有限公司的年专利申请数量在经历谷底后二次增长，到2021年达到30件。

△  图8.2 宝山钢铁股份有限公司专利申请类型

宝山钢铁股份有限公司共获得专利11608件，其中，其中轻量化用钢专利申请294件。

在294件轻量化用钢专利申请中，203件有效专利，占比69.05%，68件失效专利，占比23.13%。

△  图8.3 宝山钢铁股份有限公司专利申请技术构成

从IPC分类来看，宝山钢铁股份有限公司申请的专利主要涉及C22C38、C21D8、C21D1、B21B45这些大组中，具体为：铁基合金、通过伴随有变形的热处理或变形后再进行热处理来改变物理性能、热处理的一般方法或设备，例如退火、硬化、淬火或回火、专门配置于或安装于轧机内或专为与金属轧机连用的工件表面处理设备。宝山钢铁有限公司针对轻量化用钢的技术研发重点与国内整体的技术研发重点基本一致，并且在B21B45方向也具有一定程度的深入研究。

例如在宝山钢铁股份有限公司最新的专利“CN105618491A-一种用于钢板在线固溶的钢板生产方法、装置及控制系统，利用钢板在轧制后的轧制余热，在线对钢板进行固溶处理，以获得符合产品要求的特定的钢板金相组织和各项性能，节省离线热处理二次加热的碳排放和大量能耗。 

北京科技大学被誉为“钢铁摇篮”，历史渊源可追溯至1895年北洋西学学堂创办的中国近代史上第一个矿冶学科。1952年，北洋大学（现天津大学）冶金系和采矿系、唐山铁道学院（现西南交通大学）冶金系、山西大学冶金系、西北工学院矿冶系、北京工业学院冶金系和采矿系及钢铁机械专修科、清华大学采矿系金属组合并，正式组建了北京钢铁工业学院。1960年更名为北京钢铁学院，1988年更名为北京科技大学。

过去五年，北京科技大学冶金与生态工程学院科研经费合计3.3 亿元，获国家自然科学基金115 项，其中重点基金11 项，优秀青年基金3 项；5 项国家科技支撑计划和“863”计划课题；与多个企业签订千万级研发合同；发表学术论文2297 篇、其中SCI 论文1038篇；授权专利202 件，其中33 项实现落地转化；出版专著12 部（1 部国外英文专著）；获国家科技进步二等奖2 项、省部级奖项61 项。

△  图8.4 北京科技大学专利申请趋势

北京科技大学最早在1988年申请了“一种制取细晶粒双相钢热处理方法”，其强度、塑性、冷成型性及形变强化能力、晶粒度等特性都优于一般用炉子热处理的双相钢。在1988-2000年未申请过相关专利（图中将此时间段省略），在2007年以后持续有轻量化用钢专利产出，在2017年、2021年两年专利产出较多，分别为22件、21件。

△  图8.5 北京科技大学专利申请类型

北京科技大学共获得专利15317件，其中，其中轻量化用钢专利申请172件。

在172件轻量化用钢专利申请中，99件有效专利，占比57.56%，60件失效专利，占比34.88%。

△  图8.6 北京科技大学专利申请技术构成

从IPC分类来看，宝山钢铁股份有限公司申请的专利主要涉及C22C38、C21D8、C21D1、B21B1这些大组中，具体为：铁基合金、通过伴随有变形的热处理或变形后再进行热处理来改5变物理性能、金属轧制的方法或制造实心半成品或成型截面的轧机。

国内本土企业在轻量化用钢相关领域表现为快速增长阶段，我们从专注此方向研发的企业的申请中选取部分价值度高的重点专利作进一步介绍：

△  表8.1 CN112048681A专利技术分析

△  表8.2 CN113278896B专利技术分析

△  表8.3 CN113046642A专利技术分析

新日本制铁株式会社是日本跨国公司，日本最大的钢铁公司，也是世界大型钢铁公司之一，总公司设在日本东京。前身是于1897年建成的官营八幡制铁所。它不仅是新日本制铁公司的发祥地，还是日本钢铁工业的发祥地。1934 年2月由官营的八幡制铁所和民间的轮西制铁、釜石矿山、富士制铁、东洋制铁、三菱制铁、九州制铁6家合并组成。1950年，分成八幡制铁、富士制铁两家钢铁公司和日铁轮船公司及播磨耐火砖公司。1970年3月，八幡、富士两家公司合并，诞生了新日本制铁株式会社，简称新日铁，至此该公司成为了世界上最大的钢铁公司之一。

公司的产品包括：圆钢、合金钢、不锈钢、各种钢管、冷/热轧钢板、化学制品、炼铁用成套设备，各种产业机械等。

△  图8.7 新日本制铁株式会社专利申请趋势

从上图可以发现，新日本制铁株式会社早在1990年便开始申请有关轻量化用钢的专利，持续产出轻量化用钢相关专利，但整体呈现下降趋势。

△  图8.8 新日本制铁株式会社

公司技术领域及其申请情况

从技术研发方向来看，与整体趋势相同，新日本制铁株式会社公司的轻量化用钢技术主要集中在C22C38、C21D8、C21D9，分别为铁基合金；通过伴随有变形的热处理或变形后再进行热处理来改变物理性能；热处理，例如适合于特殊产品的退火、硬化、淬火或回火。

△  表8.4 新日本制铁株式会社公司

技术领域及其申请情况

从专利申请数量来看，除了铁基合金，通过伴随有变形的热处理或变形后再进行热处理来改变物理性能的方向也是新日本制铁株式会社公司的研发重点。

△  图8.9 新日本制铁株式会社专利申请公开局分析

新日本制铁株式会社申请专利数量总计86968件，其中轻量化用钢1967件。

新日本制铁株式会社的轻量化用钢专利主要在日本进行集中申请，与其他公司相比，新日本制铁株式会社的专利申请数量虽然大，但大部分还是在国内申请，只有极少部分进行了全球范围的专利布局。

新日本制铁株式会社进行了专利布局的专利是以大量专利为基础，筛选出的具有较大市场的高质量专利，在数量庞大的基础上诞生一定数量的高质量专利。进行大量技术创新是大多数公司高质量申请专利的必经之路。

2002年9月，由日本著名的两大钢铁集团NKK（日本钢管）和川崎制铁合并组成杰富意控股，并同时创建杰富意集团。杰富意集团的企业理念为“始终以世界最先进的技术贡献于社会”。杰富意控股作为控股公司承担着杰富意集团的战略机能，风险管理和对外说明的职责，并按照不同事业领域组建了四家公司，分别是钢铁制造领域的杰富意钢铁株式会社，能源、钢结构、环保等工程环保节能领域的杰富意工程技术株式会社，以亚洲为中心、开展环球贸易领域的杰富意商事株式会社，造船领域的日联海洋株式会社。

△  图8.10 杰富意钢铁株式会社专利申请趋势

杰富意钢铁株式会社在轻量化用钢技术的发展时间与我国钢铁企业相同，于2002年开始进行轻量化用钢的专利申请。

但与我国钢铁企业不同，杰富意钢铁株式会社的起步较快，2003年刚刚起步，轻量化用钢专利申请量就达到了150件。可能因为杰富意钢铁株式会社是杰富意集团的子公司，而杰富意集团的前身为日本两大钢铁集团，两大钢铁集团的部分研发人员转移到杰富意钢铁株式会社，造成杰富意钢铁株式会社起步阶段专利的迅速起步。但在标准化的申请人当中，因为杰富意集团还有其他子公司，两大钢铁集团无法划入到杰富意钢铁株式会社，表现出了杰富意钢铁株式会社的轻量化用钢专利数量突然增加。比如前身之一的川崎制铁的专利申请量达到42605条，2001年专利申请量1012件，到2002年专利申请量迅速降低至92件，2006年无专利申请。

后来保持匀速发展，在2011、2012、2017年的专利申请量最多，每年达到300件。杰富意钢铁株式会社申请的相关专利共有3834件。

△  图8.11 杰富意钢铁株式会社

技术领域及其专利数量

杰富意钢铁株式会社的申请的轻量化用钢相关专利的IPC分类号主要集中在C22C38、C21D9、C21D8上。具体的，分别为铁基合金；热处理，例如适合于特殊产品的退火、硬化、淬火或回火；通过伴随有变形的热处理或变形后再进行热处理来改变物理性能。

△  表8.5 杰富意钢铁株式会社

技术领域及其专利数量

△  图8.12 杰富意钢铁株式会社

专利申请公开局分析

杰富意钢铁株式会社申请的轻量化用钢相关专利大部分集中在日本，其次在欧洲、印度，由此可见，印度在轻量化用钢市场有着很大的市场潜力。

通过上文对轻量化用钢专利信息的分析可知，就数量方面看，我国关于轻量化用钢的专利申请数量要比国外发达国家的申请数量高得多，说明我国目前是轻量化用钢产品的主要市场之一，同时由于经济发展、国家政策为轻量化用钢的发展提供了动力，我国轻量化用钢科研创新能力正不断提高。

我国的轻量化用钢专利申请绝大部分由中国本土企业申请，宝山钢铁股份有限公司、北京科技大学的专利申请量居于前列，但与此同时，我国轻量化用钢技术发展仍然面临着多方面的挑战。

一方面，来自日本的钢铁企业如新日本制铁株式会社、杰富意钢铁株式会社的实力极强，专利申请总数也远远大于中国企业，说明我国企业在轻量化用钢领域的专利申请虽然多，但是单个企业的技术还不够成熟，仍然有很大的发展空间，一方面是因为我国轻量化用钢的起步较晚，二是因为正处于从钢铁大国迈向钢铁强国的过渡期，我国在高质量钢铁技术方面比不上先进国家，很多品种都需要从外国进口。

另一方面，在国内企业的竞争中，按地域来分析，存在着下列现象：

1、巨头公司所在省市的专利申请总量不高。

2、专利申请量最多的省市是江苏，而江苏的专利申请不集中，差距不大。

由此可见，控制区域内企业格局，形成良性竞争是提高专利申请量，推进地区轻量化用钢技术持续发展的一大良策，但提高产业集中度，可以使国家钢铁工业不断走向成熟，避免低小散导致的钢铁产业技术发展不深入，竞争力不强的问题，只有在控制区域企业格局和提高产业集中度之间找到平衡点，才能在提高专利申请数量的同时提高专利质量，促进创新发展。而对钢铁企业而言，未来的发展地点可以优先考虑江苏，企业众多，发展迅速，但还没有出现明显优势企业。

目前，我国的轻量化用钢技术处于稳定发展时期，宝山钢铁、新日本制铁株式会社等龙头企业的地位难以撼动。但中小型钢铁企业的竞争仍在继续，如今随着新能源汽车的发展、碳中和任务的日益紧迫，轻量化用钢需求正增加，保持对轻量化用钢的研发投入，才能实现持续的发展。另外，对于研发的重点轻量化用钢技术，要积极的进行国外专利布局，而随着经济的发展，印度也成为了前景较好的一大市场，可以考虑在印度进行重点布局。

轻量化用钢的研发重点一般是金相的形成方法，通过对化学成分、热轧工艺参数的控制、热处理工艺的控制形成不同的金相结构。

（1）通过控制各种元素的含量提高强度

控制碳元素含量：碳元素通过固溶强化来保障钢材的强度要求，目前国内生产的双相钢抗拉强度级别随碳含量的增大而上升。而碳含量过高会导致塑性下降，成本增加，还会有延迟断裂的风险。

硅元素是铁素体稳定化元素，也是非碳化物形成元素，可以有效抑制碳化物的析出，但含硅双相钢的钢板表面不可避免生成大量含硅氧化物，影响到表面质量和可镀性。

锰元素是典型的奥氏体稳定化元素，可以扩大奥氏体相区，显著提高钢的淬透性，并起到固溶强化和细化铁素体晶粒的作用。锰元素含量过低，过冷奥氏体不够稳定，降低钢板的塑性和韧性等；锰元素含量过高，会导致钢板焊接性能变差，增加成本，不利于工业化生产。

铝元素可以取代硅元素发挥固溶强化的作用，并减少钢材镀层时出现的表面质量问题，而且铝也是铁素体稳定化元素，加入铝元素可提高双相钢的相变点，在更高温度退火有助于缩短退火时间。但铝含量过高，不仅会提高生产成本，降低强度，还会导致连铸生产困难等问题的出现。

铬元素可以增加钢的淬透性来保证钢的强度，铬含量过低将影响钢的淬透性，含量过高将增加生产成本。

钼元素为钢中的强化元素，对提高钢的淬透性效果显著，钼元素的与钛元素配合使用兼顾高强度和高韧性，进而可以实现改善钢材抗延迟断裂性能的同时保持良好的综合力学性能。

微合金元素Nb具有细晶强化和析出强化的作用，在双相钢中能够细化组织晶粒和钉扎位错，从而改善双相钢的塑韧性以及降低钢的氢致延迟断裂敏感性。较高含量的Nb其细化晶粒作用不显著，却明显增加了生产成本。

添加钛元素可以细化晶粒尺寸，和Mo、Cr等元素添加形成纳米尺度的第二相粒子起到显著的析出强化作用，在提高强度的同时可以改善材料的抗氢脆性能，钛含量过高会形成大尺寸的液析TiN影响材料性能。

（2）在钢铁生产中，改变工艺流程提高强度

如发明CN107119228B通过炼钢—连铸—热轧—退火的工艺流程，制得的钢材表现良好的强度和韧性，抗拉强度700～900MPa，延伸率≥20％，屈强比≤0.80，可应用于汽车结构件或加强件等需要良好成形性能和高强减薄的部位。

发明CN108486494B通过钢的冶炼与凝固、铸坯或铸锭开坯后的热连轧和控制冷却获得1300MPa级别高强热轧钢板，以及在热连轧某温度卷取后，经酸洗和室温冷轧至13mm厚，然后在720780℃两相区某一温度短时保温立即淬火，制得钒微合金化1300MPa级别高强双相冷轧钢板。该制备工艺将纳米碳化钒粒子析出强化与马氏体相变强化相结合，显著提高了现有双相钢的强度，同时还保证了较高的生产效率。

（3）控制工艺条件提高钢铁强度

比如控制炼钢时的铸造温度，控制轧钢时的轧制温度、冷却速度以细化近粒，改变金相结构。

发明CN104593664A控制工艺条件使热轧的终轧温度≥800℃；以≥10℃/s快冷至贝氏体相变区；在280～450℃之间卷取，获得热轧卷板；自然冷却或者保温后冷却。所述钢的微观组织以面积计由10～30％的残余奥氏体、70～90％的贝氏体铁素体、以及可能含有的低于5％的铁素体和/或马氏体构成。本发明的热轧板具有优异的力学性能和冲压性能且成本低、工艺简洁、可行性良好，无需热处理。

专利布局的目前通常是为了保护产品，我们可以将其分成几个层面，一是通过交叉许可的方式实现现有产品的自由实施，二是通过专利保护，防止他人仿冒产品，提高产品的市场占有率；三是干扰竞争对手技术研发，延缓竞争对手的研发进程。

根据企业所处的阶段，其专利布局的策略也不尽相同，对于引领型企业，其专利布局应侧重在防止竞争对手赶超方面，即应主要关注对现有产品及产业链的专利布局，提高追赶者的追赶成本，以保持产品的市场占有率及市场竞争优势地位。对于追赶型企业，其专利布局应侧重在通过交叉许可的方式实施现有产品的自由实施，干扰竞争对手技术研发，延缓竞争对手的研发进程方面，即应主要关注对现有产品及竞争对手的专利布局，降低专利侵权及诉讼风险，干扰竞争对手研发。

建议公司在研读本专利导航分析报告后先确定初步的一个研发方向，配合本报告的大量检索的分析的基础数据匹配下，再结合本公司已有的技术积累选择一到两个板块优势进行重点研究，形成错位的专利布局优势，甚至在这一到两个板块形成专利壁垒，以寻求在轻量化用钢产品中与引领者的交叉许可。并通过对引领者或竞争对手进行专利监控，围绕其最新公开专利技术进行围堵式专利布局，干扰其研发进程。